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新型层状钴氧化物 展现前所未有的热电性能

工业上的生产,每天都会有大量的余热产生。这些余热实际是一种极具潜力的可再生能源,虽然有好几种材料可以利用废热生产能源,但它们都受效率低及稳定性差等因素影响无法投入实用,从历史上看,利用热能生产能源的效率远远低于太阳能、风能或水力发电。

出于不浪费的原则,在这一领域科学家们有着大量的研究。比如说近日由北海道大学电子科学研究所(RIES)的HiromichiOhta教授领导的一个研究小组就发明了一种层状钴氧化物,其室温下金属氧化物的热电优值创下了历史纪录。这项研究的结果已经发表在材料化学杂志上。

若想利用余热,就需要通过塞贝克效应进行热电转换——即当导电材料上有温差时产生电流,其中热电品质因数(ZT)是决定器件热电转换效率的关键因素。一般来说金属氧化物的热电转换效率都很低,但是基于金属氧化物的热电器件往往具有很好的环境兼容性,因此备受青睐。

为了补足金属氧化物的这个短板,HiromichiOhta的团队合成了一种具有高ZT和在宽工作温度范围内的高稳定性的层状氧化钴。常见的钠钴氧化物的ZT大约为0.03,而Ohta团队的研究人员通过采用其他碱金属或碱土金属如钡、锶和钙代替钠,成功创造出一种ZT仅为0.11的材料。

研究人员提出,原子质量与热导率成反比,这是因为较重的原子抑制了氧化钴层加热产生的振动。不过为了提高材料的稳定性和有效性,以及确定最有用的实际应用,科学家还需要更多的研究来改进材料的组成。

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